初中物理電學(xué)單元教學(xué)設(shè)計(jì)中的內(nèi)容統(tǒng)整與邊界把握

任曄

江蘇省錫山高級(jí)中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校，江蘇 無(wú)錫 214177

傳統(tǒng)以課時(shí)為教學(xué)時(shí)間單位的教學(xué)設(shè)計(jì)容易產(chǎn)生“只見(jiàn)樹(shù)木不見(jiàn)森林”的問(wèn)題，不利于知識(shí)體系和學(xué)科觀念的整體建構(gòu)。基于學(xué)科核心素養(yǎng)建構(gòu)教學(xué)單元，進(jìn)行單元教學(xué)的整體設(shè)計(jì)，是課堂教學(xué)轉(zhuǎn)型的核心。單元設(shè)計(jì)的基本路徑是基于課程標(biāo)準(zhǔn)，劃分單元，制定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)和評(píng)價(jià)建議；立足教材，編制課時(shí)計(jì)劃，明確課時(shí)目標(biāo)；指向?qū)W生的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)[1]。內(nèi)容統(tǒng)整貫穿于上述路徑的全過(guò)程，既是單元設(shè)計(jì)的典型特征，也是單元設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。內(nèi)容統(tǒng)整的策略有哪些？如何科學(xué)把握教學(xué)邊界？本文以初中物理電學(xué)教學(xué)為例，做簡(jiǎn)要探討，供同行們商榷。

1 傳統(tǒng)課時(shí)教學(xué)的弊端分析

陷于碎片化知識(shí)的課時(shí)教學(xué)，不利于學(xué)生對(duì)學(xué)科的結(jié)構(gòu)化認(rèn)知，更不利于遷移應(yīng)用等問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)。尤其在忽視學(xué)生認(rèn)知心理邏輯的情況下，急匆匆地對(duì)具體知識(shí)點(diǎn)深挖硬套，危害極大。比如，筆者常常留意到，在“電路初探”的教學(xué)中，學(xué)生或許才剛掌握連接簡(jiǎn)單電路的基本技能，對(duì)電流的路徑剛有初步的識(shí)別能力，教師就迫不及待地編制大量“電路故障”分析的高難度習(xí)題，導(dǎo)致學(xué)生以為電學(xué)太難，逃而離之。

傳統(tǒng)的課時(shí)教學(xué)難以實(shí)現(xiàn)“知識(shí)中心”到“素養(yǎng)中心”的轉(zhuǎn)變，主要原因有以下兩點(diǎn)：

一是忽視內(nèi)容呈現(xiàn)的時(shí)機(jī)。諸如“電路故障”“電表的電阻”等內(nèi)容在初中物理教材中沒(méi)有明確的編排，教師為了讓學(xué)生順利完成習(xí)題，在學(xué)生不具備相關(guān)知識(shí)儲(chǔ)備的前提下就匆匆灌輸。這種處理方式在教學(xué)實(shí)踐中還比較普遍，因此教師有必要認(rèn)識(shí)到“學(xué)習(xí)是一個(gè)緩慢的過(guò)程，應(yīng)不斷接近真相，不斷拓展邊界?！?/p>

二是忽視知識(shí)之間的聯(lián)系。傳統(tǒng)的課時(shí)教學(xué)囿于課時(shí)核心任務(wù)，容易忽視課時(shí)之間的關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致知識(shí)割裂。認(rèn)知心理學(xué)研究表明，知識(shí)只有從碎片化走向結(jié)構(gòu)化，才能在真實(shí)問(wèn)題情境中實(shí)現(xiàn)遷移應(yīng)用。比如，老師們常常將“并（串）聯(lián)”和“并（串）聯(lián)電路”混為一談，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)局部電路的連接方式把握不準(zhǔn)，對(duì)完整電路的電流路徑識(shí)別不清。

因此，有必要針對(duì)以上癥結(jié)，在單元的全局視角下統(tǒng)整學(xué)習(xí)內(nèi)容并把握課時(shí)教學(xué)的邊界。

2 單元學(xué)習(xí)內(nèi)容統(tǒng)整的策略

在進(jìn)行單元統(tǒng)整時(shí)，需圍繞一個(gè)“中心”來(lái)組織學(xué)習(xí)內(nèi)容。這個(gè)“中心”可以是“項(xiàng)目”，以任務(wù)為主線(xiàn)，在真實(shí)問(wèn)題解決中發(fā)展科學(xué)探究能力；也可以是“大概念”，以意義的聯(lián)結(jié)為線(xiàn)索，在解釋較大范圍的現(xiàn)象過(guò)程中逐步形成物理觀念。在跨單元學(xué)習(xí)中，還應(yīng)將新學(xué)習(xí)的物理概念或規(guī)律用于解釋已有經(jīng)驗(yàn)，從而升華認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階。不管采用何種策略整合單元學(xué)習(xí)內(nèi)容，“學(xué)科核心素養(yǎng)”都是共同的追求與最大的優(yōu)先事項(xiàng)。

2.1 圍繞“項(xiàng)目”統(tǒng)整單元內(nèi)容

單元，通常有相應(yīng)的學(xué)習(xí)主題，從而為“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”的開(kāi)展提供了資源支撐。

以《歐姆定律》單元為例，圍繞項(xiàng)目“設(shè)計(jì)和制作一個(gè)模擬的調(diào)光燈”將單元內(nèi)容統(tǒng)整如圖1：

圖1 《歐姆定律》單元項(xiàng)目學(xué)習(xí)路線(xiàn)圖

在上述路線(xiàn)圖中，單元學(xué)習(xí)內(nèi)容統(tǒng)整于“設(shè)計(jì)和制作一個(gè)模擬的調(diào)光燈”項(xiàng)目下，從定性探究（影響電流大小的因素）走向定量探究（歐姆定律），從理論探索走向?qū)嵺`制作。通過(guò)每一節(jié)課的學(xué)習(xí)，解決項(xiàng)目中對(duì)應(yīng)的一個(gè)小問(wèn)題，從局部突破走向整體解決。在項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生像科學(xué)家一樣探索 （科學(xué)探究）、像工程師一樣思考（程序思維）。

2.2 圍繞“大概念”統(tǒng)整單元內(nèi)容

物理概念反映了大量物理事實(shí)及物理現(xiàn)象中最本質(zhì)的、最抽象的屬性。同時(shí)，物理概念又是物理規(guī)律學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，因?yàn)槲锢硪?guī)律本身就表達(dá)了有關(guān)物理概念間的相互聯(lián)系和數(shù)量關(guān)系。因此，學(xué)生只有理解物理概念，才能更好地理解物理事實(shí)，掌握物理規(guī)律和原理，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

以《電功和電熱》單元為例，“電能”是核心概念，以“電能”為中心對(duì)單元學(xué)習(xí)內(nèi)容加以統(tǒng)整，統(tǒng)整輻射圖如圖2所示。

圖2 《電功和電熱》單元大概念輻射圖

以大概念為中心統(tǒng)整單元內(nèi)容，有兩大優(yōu)勢(shì)：

一是可以使課時(shí)目標(biāo)更為清晰：15.1了解測(cè)量電路消耗電能的儀表——電能表，會(huì)用電功公式計(jì)算電路消耗的電能；15.2理解描述電能消耗（電流做功）快慢的物理量——電功率；15.3了解電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的現(xiàn)象，探究影響電流熱效應(yīng)的因素；15.4了解家庭電路的組成和安全用電常識(shí)；綜合實(shí)踐活動(dòng)——通過(guò)調(diào)查研究，掌握降低能耗的方法，養(yǎng)成節(jié)能的意識(shí)。

二是從不同維度用小概念完成大概念的拼圖，有利于學(xué)生自主建構(gòu)認(rèn)知的圖式。通過(guò)單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生感受到科學(xué)概念是有層級(jí)的，一個(gè)概念可以從多個(gè)角度加以認(rèn)識(shí)，逐步把用于解釋小范圍現(xiàn)象的概念發(fā)展成適用于較大范圍的大概念。概念的層級(jí)越高，其適用范圍越廣，表現(xiàn)形式就越抽象，也更能集中反映一定的物理觀念。

2.3 解釋已有經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)跨單元的學(xué)習(xí)進(jìn)階

單元是課程單位和學(xué)習(xí)單位，因此，單元的結(jié)束并不意味著相關(guān)主題學(xué)習(xí)的終止。多個(gè)單元的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，恰恰是學(xué)習(xí)進(jìn)階的過(guò)程。經(jīng)歷新的單元學(xué)習(xí)后，應(yīng)適時(shí)地回望前期單元，對(duì)相關(guān)的延伸問(wèn)題加以探討，把對(duì)相關(guān)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)從“了解”上升為“理解”。

以《歐姆定律》為例，可以利用電流與電壓、電阻的定量關(guān)系，解釋《電路初探》的相關(guān)問(wèn)題。

問(wèn)題1：如圖3所示電路中，取下L1，將觀察到何種現(xiàn)象？

圖3 串聯(lián)電路和并聯(lián)電路

解釋?zhuān)喝鐖D3，取下L1，則該處電阻無(wú)窮大。在串聯(lián)電路甲圖中所以?xún)蔁敉瑫r(shí)熄滅。在并聯(lián)電路乙圖中，燈L1熄滅，而I=12保持不變，故L2仍發(fā)光且亮度幾乎不變。

問(wèn)題2：如圖3，甲圖中兩燈均不亮，電壓表V1有示數(shù)，V2無(wú)示數(shù)，請(qǐng)分析電路故障。

解釋?zhuān)弘姛艟涣?，表明串?lián)電路中某處斷路。當(dāng)L1斷路時(shí)，該處電阻無(wú)窮大。根據(jù)分壓公式可知：此時(shí)V1有示數(shù)且等于電源電壓，V2無(wú)示數(shù)。

通過(guò)跨單元呼應(yīng)，可以使原有的樸素經(jīng)驗(yàn)上升為科學(xué)認(rèn)知，感受到意料之外的現(xiàn)象都能用情理之中的規(guī)律加以解釋。誠(chéng)如愛(ài)因斯坦所言：“自然的最不可理解之處在于它是可以被理解的?！?/p>

3 課時(shí)教學(xué)邊界把握的規(guī)約

單元整體教學(xué)并非徹底打破課時(shí)計(jì)劃，教學(xué)活動(dòng)仍是以課時(shí)為時(shí)間單位組織的。在進(jìn)行單元統(tǒng)整時(shí)，要合理把握課時(shí)教學(xué)的邊界：不簡(jiǎn)單重復(fù)、不隨意拔高、不機(jī)械整合。

3.1 不簡(jiǎn)單重復(fù)

課堂實(shí)錄1（片段）：探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系。

猜想：通過(guò)導(dǎo)體的電流與哪些因素有關(guān)？

嘗試：改變電路中電流的大小。

方法一：改變電池節(jié)數(shù)（電壓）。

方法二：更換接入電路的導(dǎo)體（電阻）。

初步結(jié)論：影響電流的因素有兩個(gè)——電壓、電阻，電壓越高、電阻越小，電流就越大。

這段活動(dòng)在“14.1電阻”中已開(kāi)展過(guò)，學(xué)生已經(jīng)對(duì)影響電流大小的因素有了定性認(rèn)識(shí)。引入活動(dòng)應(yīng)通過(guò)問(wèn)題情境切入研究主題，指向電流與電壓、電阻的定量關(guān)系研究。

優(yōu)化建議如下：

情境創(chuàng)設(shè)：在調(diào)光燈電路中，如果電源電壓大于燈泡允許的電壓，就需要串聯(lián)一個(gè)定值電阻，如何選擇這個(gè)電阻？

切入主題：要解決這個(gè)問(wèn)題，我們必須了解電流與電壓、電阻之間的定量關(guān)系。

在單元教學(xué)中，時(shí)常需要調(diào)動(dòng)已有經(jīng)驗(yàn)，但做的是喚醒而非重復(fù)，或引發(fā)認(rèn)知沖突，或深化延伸。例如，“電功率”教學(xué)時(shí)，與比值法建立“功率”概念相類(lèi)比，實(shí)現(xiàn)思維遷移。再如，“探究熔絲熔斷的原因”時(shí)，借助焦耳定律和歐姆定律分析論證，實(shí)驗(yàn)與理論相互印證，突出推理和論證思維。

3.2 不隨意拔高

課堂實(shí)錄2（片段）：探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：為探究電流與電阻的關(guān)系，怎樣保持導(dǎo)體兩端的電壓不變？

學(xué)生：保持電源電壓不變，更換定值電阻。設(shè)計(jì)如圖4所示的電路。

圖4 學(xué)生設(shè)計(jì)的電路圖

教師：電源也有電阻，更換定值電阻后，電阻兩端的電壓會(huì)隨之改變。

初中階段不考慮電源內(nèi)阻，全電路歐姆定律是高中階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容。教師在教學(xué)中隨意拔高，看似回應(yīng)了學(xué)生的問(wèn)題，實(shí)則弊端多多。如此處理，顛覆了學(xué)生剛剛建立起的有關(guān)電路的初步認(rèn)識(shí)，舊困未解又添新惑。但學(xué)生提出的問(wèn)題又具有典型性，有必要當(dāng)堂解決，理論說(shuō)不清時(shí)應(yīng)拿起實(shí)驗(yàn)的武器。

優(yōu)化建議如下：

演示：連接圖4所示的電路，將電壓表與定值電阻并聯(lián)，當(dāng)接入5 Ω的定值電阻時(shí)，電壓表示數(shù)為2.3 V；當(dāng)接入20 Ω的定值電阻時(shí)，電壓表示數(shù)為2.5 Ω。

以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為準(zhǔn)繩，學(xué)生觀察到接入不同阻值的定值電阻時(shí)其兩端的電壓并不相等。于是進(jìn)一步討論，需再串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器，通過(guò)調(diào)節(jié)滑片使電阻兩端的電壓一定。至于電源內(nèi)阻，教師可以“看破但不點(diǎn)破”，讓學(xué)生帶著這個(gè)疑問(wèn)在高中階段進(jìn)一步探究。再如，初中階段不建議推導(dǎo)并聯(lián)電路的總電阻公式。

3.3 不機(jī)械整合

在完成《電功和電熱》單元學(xué)習(xí)后，某教師布置了課外調(diào)查作業(yè)：（1）調(diào)查當(dāng)?shù)亟陙?lái)人均使用電能的變化，討論它與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系。（2）調(diào)查峰谷電、階梯電價(jià)等對(duì)居民用電習(xí)慣的影響。

設(shè)置綜合實(shí)踐活動(dòng)的本意是讓學(xué)生獲取并整合經(jīng)驗(yàn)，學(xué)會(huì)研究、學(xué)會(huì)解釋生活現(xiàn)象。但這個(gè)課題在內(nèi)涵上缺乏“物理味”，更接近社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)的范疇，不宜機(jī)械整合。

優(yōu)化建議如下：

對(duì)家庭用電的調(diào)查研究：（1）調(diào)查家庭用電線(xiàn)路：畫(huà)出電路圖，標(biāo)明各元件的名稱(chēng)與規(guī)格；（2）估測(cè)各用電器的實(shí)際功率；（3）拓展研究：①節(jié)能燈和白熾燈耗能情況的比較研究；②電視機(jī)、空調(diào)等用電器處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)的 耗能情況研究；③夏天，將空調(diào)的制冷溫度調(diào)高2℃對(duì)耗能的影響。

問(wèn)題1側(cè)重物理觀念，即用物理語(yǔ)言描述物理事實(shí)；問(wèn)題2突出科學(xué)探究，強(qiáng)化使用測(cè)量工具的技能，用物理公式（原理）指導(dǎo)、制定合理的測(cè)量方案；問(wèn)題3對(duì)科學(xué)思維和探究能力要求較高，研究結(jié)論有助于科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng)。

結(jié)語(yǔ)：?jiǎn)卧O(shè)計(jì)注重在單元體系下將“目標(biāo)、教學(xué)、評(píng)價(jià)”整合成三位一體，“整合性”是單元設(shè)計(jì)最重要的指標(biāo)。這種“整合性”引申出單元設(shè)計(jì)的“三重心”——目標(biāo)的設(shè)計(jì)（明晰單元目標(biāo)）、方法的設(shè)計(jì)（聚焦知識(shí)建構(gòu)）與評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)（有效反饋信息），這其中最難操作的正是教學(xué)內(nèi)容的整合。圍繞“項(xiàng)目”“大概念”整合教學(xué)內(nèi)容是世界課程發(fā)展的主流，有利于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。在對(duì)教學(xué)內(nèi)容整合時(shí)，要遵循教學(xué)常識(shí)，形成課時(shí)教學(xué)邊界的規(guī)約。